市政給排水施工中的非開挖頂管施工技術(shù)分析

李 薇，李長(zhǎng)寬，劉 丹，李晶婧，張靖怡

（1.山西眾志誠(chéng)工程設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030000；2.水發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110000；3.中國(guó)華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司遼寧北方分公司，遼寧 沈陽 110000）

1 市政給排水工程的建設(shè)價(jià)值

市政給排水系統(tǒng)是城市規(guī)劃的重要組成部分，也是城市建設(shè)的一個(gè)重要組成部分。市政雨水系統(tǒng)與人民生活密切相關(guān)，其便捷性特點(diǎn)主要體現(xiàn)在最大限度地利用自然資源，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)推進(jìn)城市防洪排澇工作。當(dāng)前，我國(guó)已進(jìn)入城市化高速發(fā)展階段，如何保持生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，如何保持社會(huì)經(jīng)濟(jì)的均衡發(fā)展，是社會(huì)建設(shè)面臨的重大問題。市政給排水系統(tǒng)不僅可以保證人們的生活質(zhì)量，還可以促進(jìn)城市給排水的市場(chǎng)化發(fā)展。市政工程給排水管網(wǎng)是保證城市正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。城市給排水工程建設(shè)的成功實(shí)施，將極大地促進(jìn)城市居民內(nèi)需，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。目前，我國(guó)城市給排水工程建設(shè)仍有很大的改進(jìn)空間，包括技術(shù)創(chuàng)新、升級(jí)和應(yīng)用。當(dāng)前，技術(shù)進(jìn)步在各個(gè)方面取得了顯著進(jìn)展，城市居民的整體素質(zhì)不斷提高。因此，城市給排水系統(tǒng)的建設(shè)顯得尤為重要。隨著城市化進(jìn)程的加快，城市人口規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市用水總量也在不斷增加。因此，有關(guān)部門應(yīng)進(jìn)行合理的規(guī)劃和建設(shè)，以確保城市的健康發(fā)展。

2 非開挖頂管施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

非開挖頂管技術(shù)是一種采用不開挖或少開挖的方法，采用鉆孔法鋪設(shè)、修復(fù)和更換管道的技術(shù)。與傳統(tǒng)的深基坑施工方法相比，非開挖施工方法具有工期短、成本低、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，適用于城市和市政建設(shè)。在城市地下管線的敷設(shè)過程中，采用非開挖方式敷設(shè)。非開挖頂管具有不開挖地表、不影響管道上部土層、不影響管線連接端面變形、延長(zhǎng)管線使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。在各種工況下，非開挖法與頂管法相結(jié)合具有廣闊的應(yīng)用前景。不需要挖掘表面，這可以通過道路、鐵路或現(xiàn)有建筑下方的土層來實(shí)現(xiàn)。非開挖頂管施工因其安全可靠而備受業(yè)界關(guān)注。

3 給排水工程中頂管技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

首先，相對(duì)而言，它對(duì)周邊地塊的影響并不顯著。這種方法不會(huì)改變施工現(xiàn)場(chǎng)的土壤結(jié)構(gòu)，在工程實(shí)踐中也不需要挖溝開渠。另外，在施工期間，灰塵和噪聲亦相對(duì)較低，不會(huì)影響周圍建筑物和地下其他管道的正常使用。其次，施工點(diǎn)的空間布局獨(dú)具特色。與頂管法相比，傳統(tǒng)的埋地管道開挖方法為直線法，存在占地面積大、對(duì)周圍環(huán)境影響大等缺點(diǎn)，社會(huì)效益較差[2]。頂管施工技術(shù)可以將施工界面由直線過渡為點(diǎn)狀，有效克服傳統(tǒng)埋地管道施工技術(shù)的不足，減少工程占地，對(duì)解決我國(guó)土地資源稀缺問題具有重要意義。最后，施工期間無需開挖土方。不僅可以節(jié)省項(xiàng)目時(shí)間，而且可以提高施工效率。實(shí)踐證明，該技術(shù)不會(huì)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的交通產(chǎn)生影響，也不需要拆除地面建筑。這項(xiàng)技術(shù)可以直接通過下穿土層進(jìn)行施工，大大降低了工程成本。

4 市政給排水非開挖頂管施工技術(shù)的應(yīng)用

4.1 合理選擇頂進(jìn)管

在頂部管段，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件情況選擇頂進(jìn)管。常用的頂進(jìn)管有鋼筋混凝土管、鋼管、玻璃鋼管等，單根鋼筋混凝土管長(zhǎng)度為2m～3m，內(nèi)部水壓可達(dá)0.2MPa，在實(shí)際工程中具有較高的應(yīng)用價(jià)值[3]。盡管這些管道體積相對(duì)較大，但不需要做防腐蝕處理。單管長(zhǎng)4m～6m，密封性能好，不滲水，但易變形，成本相對(duì)較高；玻璃纖維砂管具有良好的抗拉強(qiáng)度、光滑的內(nèi)壁、自重輕，較大的一次性頂進(jìn)長(zhǎng)度，但由于其價(jià)格高，無法重復(fù)使用。因此，在工程施工中，應(yīng)進(jìn)行綜合分析，最終確定最適合項(xiàng)目采用的頂進(jìn)管道。

4.2 頂管頂進(jìn)

（1）選擇頂管機(jī)。根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和施工條件，選用保水性能好的頂管設(shè)備。（2）初始頂進(jìn)。推入時(shí)，將孔洞口的石塊清除，以防止泥漿和水的壓力過大，將泥水灌入工作井。為了保證密封防水，可以在井口安裝一個(gè)單法蘭穿墻鋼套管。從門板上拆下密封件，打開頂進(jìn)沖頭的刀盤，慢慢地將頂管機(jī)推入泥土中，然后將機(jī)頭后部的兩根混凝土管連接到機(jī)頭前部的管道上。（3）常規(guī)頂進(jìn)。嚴(yán)格按規(guī)范安裝頂鐵，用油泵撐出千斤頂活塞，打開回油閥，啟動(dòng)下管作業(yè)。（4）頂進(jìn)時(shí)刻。施工過程必須持續(xù)進(jìn)行，非必要不暫停，若不得不中止作業(yè)，則施工過程中的暫停時(shí)間不得超過12 小時(shí)。（5）注漿減阻。由于灌漿阻力降低會(huì)影響頂部管道的成孔質(zhì)量，因此有必要在灌漿劑中適當(dāng)混合潤(rùn)滑劑。為了保證灌漿的可靠進(jìn)行，亦有必要合理布置灌漿孔。混凝土管道連接處采用三個(gè)鉆孔，出水壓力可采用1×1052.4×105Pa 的規(guī)格[4]。在頂管法施工中，必須采用多個(gè)灌漿系統(tǒng)進(jìn)行灌漿。灌漿水泵的選擇應(yīng)具有一定的節(jié)流和控壓能力。并在施工過程中，做好頂管、注漿、補(bǔ)漿等工作，確保注漿與頂進(jìn)作業(yè)的良好配合。

4.3 頂進(jìn)糾偏

頂管機(jī)在工作時(shí)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)頂進(jìn)誤差，這時(shí)需要按照“緩慢、多次”的原則進(jìn)行校正。管道連接校正應(yīng)逐步恢復(fù)，在此期間不允許強(qiáng)制糾偏。在一般情況下，頂管過程中，激光光斑的中心與被測(cè)物體的靶心重合。如果頂管掘進(jìn)機(jī)的頭部偏移，這兩個(gè)部分將不會(huì)重疊。在這種情況下，偏移圖像信息將傳輸?shù)奖O(jiān)視器，在分析了具體的偏差情況后，應(yīng)采取相應(yīng)的糾正措施，以確保頂進(jìn)傾斜度達(dá)到合理的水平。在功率校正過程中，探頭總是朝著激光指定的方向前進(jìn)。在起拱階段，檢測(cè)和糾正起拱過程中產(chǎn)生的偏差是非常重要的。以距切割頭頂部5m～10m 的距離為例，該截面的基本要求是：軸線位置的最大偏差不超過50mm，高程的最大偏差也不超過30mm。如果超過該限值，應(yīng)立即安排糾正。刀頭前面有一個(gè)校正接頭，其中內(nèi)置一個(gè)校正千斤頂。在施工過程中，如果有偏差則可以借助校正千斤頂進(jìn)行校正。通過調(diào)整偏心校正圓柱體，圓柱體的方向發(fā)生變化，圓柱體的朝向恢復(fù)到原來的水平。為了防止偏移積累過多而難以糾正，有必要及時(shí)識(shí)別和糾偏。例如，如果鉆頭的方位誤差大于10mm，則需要進(jìn)行校正。

4.4 操作控制系統(tǒng)

施工中應(yīng)安排經(jīng)過專門培訓(xùn)的人員在現(xiàn)場(chǎng)操作，仔細(xì)檢查操作系統(tǒng)，并隨時(shí)注意掘進(jìn)機(jī)的油壓狀態(tài)。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)到達(dá)接收井口時(shí)，掘進(jìn)工作須短暫暫停。如果有地下水或松散的土壤，則需要在進(jìn)水口的側(cè)壁上安裝止水環(huán)。掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入接收井后，埋管工作也隨之結(jié)束。之后，挖掘機(jī)被從施工現(xiàn)場(chǎng)移走，待留置好出口后密封接收井。（1）開挖機(jī)械進(jìn)入隧道前，應(yīng)適當(dāng)布置接收軌道，其方位和標(biāo)高應(yīng)滿足工程需要；用起重機(jī)將上部管道的第一段放置在井口軌道上，然后用千斤頂將管道推至井口末端。連接后，繼續(xù)進(jìn)行其他管道的施工。由于工程所用管道多為承插式接口，因此在施工過程中有必要用密封橡膠圈對(duì)接口進(jìn)行嚴(yán)格密封。（2）管段穩(wěn)定后，依次放置彎曲的頂部鐵皮和U 形頂部鐵皮。首先放置U 形頂部鐵皮，然后放置彎曲的頂部鐵皮，最后放置下一個(gè)管段。用螺釘將穩(wěn)定的管段固定在前一節(jié)上，并將其連接到灌漿管道上。重復(fù)以上操作，直到完成所有管道連接。（3）使用接口靈活的鋼套管，以防止管道連接點(diǎn)泄漏。這種管道具有高剛性和高承載能力的特點(diǎn)。頂管施工完成后，更換整個(gè)管道，在水泥漿中加入粉煤灰，并在留下灌漿孔的地方更換漿筒。泥漿凝固后，取下管道并密封鉆孔[5]。

4.5 進(jìn)洞口措施

1.在頂進(jìn)鉆孔中，應(yīng)預(yù)留一個(gè)直徑比鉆頭大20cm的孔洞，孔周圍埋有鋼板和螺栓，以加固鉆孔。用于連接進(jìn)口管道的成品管道必須確保其質(zhì)量和性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)的鋼管接頭應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可用于頂管施工。掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入隧道后，必須檢查其軸向、姿態(tài)等，以免對(duì)隨后的管節(jié)頂進(jìn)產(chǎn)生不利影響。頂管作業(yè)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)的機(jī)頭必須連接到5 段導(dǎo)管上，并用拉桿固定，以防止機(jī)頭因質(zhì)量問題而下沉。為了保證管節(jié)頂進(jìn)法施工的質(zhì)量，頂進(jìn)軸線的誤差控制是重要的一步。在安裝過程中，可以通過控制面板上顯示的點(diǎn)對(duì)液壓缸進(jìn)行微調(diào)，使管路連接始終處于軸線位置。施工過程中，要嚴(yán)格遵守施工規(guī)定，校正后的傾角不應(yīng)超過1 度，避免水力偏差過大，造成施工困難和管節(jié)坍塌。

2.頂管法施工過程中，地層容易變形，必須采取相應(yīng)的措施加以控制。根據(jù)土質(zhì)、覆土深度、地表沉降等因素，通過調(diào)整注漿水量和土壓力的平衡值來確保邊坡的穩(wěn)定性，根據(jù)管節(jié)頂進(jìn)速度，監(jiān)測(cè)巖層變形情況，及時(shí)適當(dāng)調(diào)整注漿流量和壓力，確保巖層變形在可接受的范圍內(nèi)。

3.減少泥漿摩擦是頂管施工中的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。頂管施工過程中，采用減摩泥漿填充管道連接處與土層之間的空隙，以減少摩擦力。為了保證管道接頭的抗摩擦效果，必須在管道接頭外設(shè)置一個(gè)完整的泥蓋，以保證頂板結(jié)構(gòu)的平滑。

4.當(dāng)掘進(jìn)機(jī)前部到達(dá)接收位置時(shí)，使用挖掘機(jī)開挖土壤。當(dāng)開挖距離井口約50cm 時(shí)，應(yīng)停止機(jī)械開挖，改為人工開挖，小心清除井口附近的泥土，使其充分暴露；在挖掘機(jī)正式入井前，必須重新檢查頂部管道的位置，以確保挖掘機(jī)正常入井。

5 市政給排水施工質(zhì)量控制措施

1.在施工期間，有必要對(duì)水泥管道進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督，并確保其具有相應(yīng)的檢測(cè)證書。施工過程中，施工單位和技術(shù)人員應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行全面檢查，確保其符合要求后方可投入使用。

2.頂管施工時(shí)，應(yīng)在管道上方的表面設(shè)置下沉觀測(cè)點(diǎn)，定期觀測(cè)頂管機(jī)機(jī)頭通過表面的情況。頂進(jìn)各階段完成后，應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)，并保存詳細(xì)的沉降記錄。通過將實(shí)測(cè)沉降點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)整理成冊(cè)，可以及時(shí)調(diào)整沉降量，防止頂管對(duì)路面的影響。

3.由于頂管施工的困難，以及建筑和施工現(xiàn)場(chǎng)周圍地質(zhì)條件的各種影響，有必要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。然而，目前在工程中，由于其工作程序復(fù)雜，所以容易受到地表和地下障礙物的影響，從而影響工程進(jìn)度與質(zhì)量。此處障礙物多為巖石、埋藏的木材等，故此要及時(shí)解決清除這些障礙物，并加強(qiáng)施工環(huán)境的異常監(jiān)測(cè)。

4.防止地表異常沉降。（1）填充的砂礫或土壤。采用回填方法，快速填充土壤中的孔洞，填充土壤侵蝕引起的裂縫，并在回填過程中加入適量的水，以加速砂漿的擴(kuò)散。在沉降區(qū)內(nèi)進(jìn)行局部灌漿，并在沉降區(qū)上方3cm 處進(jìn)行加固。（2）灌漿采用水泥漿和水玻璃漿。灌漿時(shí)，灌漿壓力在0.25～0.6MPa 之間，灌漿速率在30升/分鐘之間。灌漿順序從深到深，每次0.3m。灌漿時(shí)，先在規(guī)定深度鉆孔，然后密封漿液，然后將塑料止回閥導(dǎo)管旋入設(shè)計(jì)深度；水泥漿固化后，將雙向密封芯放入塑料閥中，完成灌漿工作。灌漿前，必須對(duì)相關(guān)材料、設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行檢查，以確保水電的正常運(yùn)行。灌漿完成后，不得擅自停止。

5.澆筑混凝土?xí)r，墊層內(nèi)的所有混凝土均應(yīng)采用C10 強(qiáng)度等級(jí)，頂部管井底部和側(cè)壁的混凝土應(yīng)采用C30 強(qiáng)度等級(jí)。確保商品混凝土的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。混凝土可以使用輸送泵進(jìn)行運(yùn)輸。混凝土澆筑應(yīng)分階段進(jìn)行，每層最大澆筑厚度為70cm，每段控制長(zhǎng)度為2m～3m。在20℃～30℃的溫度范圍內(nèi)，每層混凝土澆筑一次，允許間隔為90 分鐘，鋼渣硅酸鹽水泥澆筑一次。振搗混凝土?xí)r，振搗棒應(yīng)面朝下5cm，以確保混凝土的密實(shí)度符合設(shè)計(jì)要求。

6.非開挖法和頂管法對(duì)工人的整體技能有很高的要求。因此，施工單位必須重視考察施工人員的綜合素質(zhì)，并在施工前對(duì)其進(jìn)行培訓(xùn)，確保其熟練掌握施工技能，對(duì)施工技術(shù)有清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)施工質(zhì)量和安全有足夠的重視。同時(shí)，要建立科學(xué)的獎(jiǎng)懲制度，嚴(yán)懲不按規(guī)定辦事的勞動(dòng)者，對(duì)按規(guī)定辦事者給予合理獎(jiǎng)勵(lì)。

6 結(jié)語

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)的背景下，人們對(duì)更高生活質(zhì)量的要求越來越高。市政給排水管道系統(tǒng)建設(shè)的安全與高效建設(shè)已成為城市管網(wǎng)建設(shè)中的熱點(diǎn)問題。在市政給排水工程中，采用非開挖頂管施工技術(shù)，可以有效提高工程施工質(zhì)量，提高施工效率。然而，實(shí)踐中仍面臨著施工現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜、頂管施工和深基坑開挖導(dǎo)致周邊建構(gòu)筑物不均勻沉降等問題。在此基礎(chǔ)上，需要施工單位及項(xiàng)目負(fù)責(zé)人結(jié)合實(shí)際，不斷總結(jié)和改進(jìn)非開挖頂管施工技術(shù)，以滿足施工要求，促進(jìn)我國(guó)給排水工程技術(shù)的向好發(fā)展。